следовательной или смешанной передаче слов на входы АЛУ. Подробности подключения этого регистра несущественны для нас. Линия, соединяющая выход регистра РА со входом регистра РО, позволяет при выполнении очередной операции учитывать внутреннее состояние АЛУ. Строго говоря, внутреннее состояние АЛУ определяется состояниями всех регистров, а не только регистра РА. Полный учет внутреннего состояния, в частности состояния регистра CP, обеспечивается дополнительными связями, не показанными на рис. 2.5.

Запись

ЧЗапись

!, Чтение

КАЛУ

Чтение

Запись

Чтение

Рис. г 5. Структурная схема АЛУ

Рассмотрение работы схемы АЛУ (см. рис. 2.5) поведем с помощью временной диаграммы, показанной на рис. 2,6. Временные диаграммы представляют собой своеобразный язык, широко используемый в настоящее время для описания работы электронных устройств. Поэтому советуем читателю внимательно следить за последующим изложением. Цифрой I обозначены кривые изменения во времени напряжений на входе кода операций (К), Для полной ясности обозначим непрерывной линией кривую изменения напряжения на входе, где значение О заменяется 1, а штриховой линией - кривую изменения напряжения на входе, где значение 1 заменяется 0. Конечно, на самом деле кривые зависимости напряжений от времени имеют значительно более сложный характер, но на данном этапе рассмотрения можно ограничиться их упрощенным представлением.

Цифрой П1 обозначен электрический сигнал, поступающий на вход Запись регистра РК. Этот сигнал поступает через интервал времени, несколько больший Тп, после начала переходных процессов на входе кода операции. Таким образом, к моменту начала записи в РК на входах действуют правильные значения символов кода операции. Длительность этого сигнала Тр выбрана чуть больше длительности переключения запоминающих элементов регистра. Этим гарантируется правильность записи. Начиная с момента t\, состояние АЛУ перестает зависеть от состояния входа К, поскольку код операции целиком хранится в регистре РК.

Цифровой II обозначены кривые изменения напряжения на входе Оп. Здесь, так же как и в предыдущем случае, непрерывная линия соответствует изменению значения символа с О на 1, а штриховая - изменению значения символа с 1 на 0. Кривая, помеченная цифрой IV, - это электрический сигнал, подаваемый на вход записи регистра РО. Применительно к кривым II и П

справедливо все сказанное относительно кривых I и III. Кроме того, сигнал, поступающий на вход записи регистра РО, одновременно подается иа вход Чтение регистра РА. Таким образом обеспечивается перепись слова из регистра РА в часть регистра РО.

После того как процессы переключения в регистрах РК и РО полностью заверщатся, подается сигнал (кривая V), обеспечивающий чтение из регистров РК и РО. Благодаря этому на входы комбинационной части АЛУ одновре-

j-------------4,

Рис. 2.6. Временная диаграмма работы АЛУ

менно поступают операнд, слово, описывающее внутреннее состояние АЛУ, н код операции. Такая одновременность обеспечивается независимо от того, в Каком порядке поступают слова на входы АЛУ. В этом и состоит смысл синхронизации.

Теперь требуется определенное время То на переключение элементов комбинационной части АЛУ, т. е. собственно на выполнение подстановки. По истечении этого времени подается электрический сигнал (кривая VI), разрещаю-

шй запись в регистр РА. Из временной диаграммы на рис. 2.6 видно, что-ыбор момента времени, когда подается сигнал VI, гарантирует наличие пра-ильного результата на входах регистра РА. По истечении еще одного интер-ала времени, чуть большего длительности переключения запоминающих эле-leHTOB регистра РА, подается сигнал VII, обеспечивающий чтение содержимо-0 регистра РА, которое передается во внещние цепи. Кривые изменения наряжений на выходах А АЛУ помечены цифрой VIII.

Результат операции оказывается полностью сформированным и пригодным ля дальнейшего использования по истечении интервала времени Топ с момеп-а начала операции. Какими значениями оцениваются достигнутые к настоя-дему времени длительности выполнения операций Топ? Для АЛУ, выполненных 10 МОП-технологии, с каналами типа р длительность Топ составляет 4-10 мкс, каналами типа п - 4-6 мкс; для АЛУ, выполненных по комплементарной: ЛОП-технологии - 2,5-6 мкс; для комплементарной МОП-технологии крем-шй на сапфире - 2-2,6 мкс; для технологии ИЛ - I-1,5 мкс; для технологии ТТЛШ-1-0,5 мкс; для технологии ЭСЛ - 0,1 мкс и менее [11].

Подводя итоги, можно сказать, что АЛУ - это устройство, способное & финципе выполнять любую последовательность подстановок под управлениеь о стороны кодов операций. Оно состоит из комбинационной части и набор.! зегистров. Наличие регистров позволяет организовать службу синхронизации, которая совершенно необходима, так как при ее отсутствии не может быть шкакой уверенности в правильности выполнения операции даже в том случа-, <огда вся аппаратура работает безукоризненно. Кроме того, наличие регистров обеспечивает АЛУ определенную автономию, так как после записи кода операции и операнда в соответствующие регистры АЛУ перестает зависеть от со-гтояния внешних цепей. Подобная автономия также представляет собой одну из весьма характерных черт современной схемотехники БИС Автономия наряду с универсальностью обеспечивает независимость функционирования БИС от каких-либо дополнительных условий, а значит, обеспечивает широкую область их возможных применений.

2.3, Микрокоманды и процессоры

Управление процессом выполнения алгоритма сводится к решению четырех вопросов; как отыскать данное слово для выполнения подстановки? как. заменить его на другое, новое слово? куда поместить это новое слово? какое следующее правило выполнять после завершения выполнения данного правила?

Пока что нам удалось ответить только на второй из этих вопросов. Попробуем теперь ответить и на остальные. Начнем с того, что все подстановки выполняют специальное устройство - центральный процессор, или, проще, процессор. Типовая схема процессора показана на рис. 2.7. Здесь знакомое нам АЛУ со своими регистрами. Регистры РО и РА соединены с внутренней магистралью данных.

Внутренняя магистраль данных - это всего-навсего несколько проводов (а может быть, даже и единственный провод), для которых справедливо уже ставшее традиционным условие; высокое положительное напряжение (напряжение высокого уровня) имеет значение символа 1, а низкое (напряжение низкога уровня) - 0. Но несмотря на кажущуюся простоту, внутренняя магистраль